CN101808713A - 用于从流体中提取组分的制品以及包括该制品的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于从流体中提取组分的制品，该制品包括主体部分，该主体部分具有多个贯穿其中的孔，使用时所述孔有助于流体流动通过主体部分，其中主体部分由粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物中至少一种组分的混合物形成。本发明还涉及形成该制品的方法以及包括该制品的方法和系统。

Description

用于从流体中提取组分的制品以及包括该制品的方法和系统
发明领域
本发明涉及用于从流体中提取至少一种组分的制品。本发明还涉及形成该制品的方法以及包括该制品的方法和系统。
发明背景
常常希望从流体中提取或捕集一种或多种组分，特别是流体为来自工艺过程包含对人和/或环境有害的化合物的气体排放物的情况下。这种化合物的实例有被认为是温室效应两种主要来源的二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)。CO2从各种来源排放到大气中，这些来源包括燃烧化石燃料(煤炭、石油和气体燃料等)的发电站和加热炉。易散逸的CH4排放物源自煤炭、石油和气体生产以及运输、采矿、农业、废料处理、家畜和土地利用(林业)。在当前对降低CO2和CH4排放展开大规模研发之际，缓解这些气体的影响的一种替换性方法是捕集这些气体来进行隔离或用作燃料源(在CH4的情况下)。
为此，已发展出数种不同的从废气中分离并捕集CO2以及从矿井流通空气(mine ventilation air)中分离并捕集CH4的技术，例如胺洗涤(aminescrubbing)、深冷分离、膜分离和吸附。然而，这些技术在专门针对和捕集CO2和CH4时遇到了一些问题。此外，这些技术不擅长处理高尘环境中产生的气体排放物，例如针对燃煤发电站的废气或煤矿的流通空气所表现出的。此外，为了使CH4捕集流能够用作常规内燃机的燃料源，CH4的浓度应为约30％或以上。已证实对于上述技术而言该项要求难以满足，特别是未处理的气体排放物通常具有小于1％的CH4浓度的情况下。在净化过程中还要求从天然气和矿井排放气体中除去CO2或N2，以间接提高气体的CH4浓度。
从流体中捕集组分的另一方法是使组分吸附在活性炭结构上。块状，通常为圆柱状或平板状的碳块由可碳化粘合剂形成，然后进行干燥、固化、碳化以及活化。所形成的活性炭块为多孔状，因而可使用该活性碳块通过使流体从其上而经过从流体中吸附一种或多种组分。例如，US 6,258,300和US 6,030,698(均授予Burchell等人)披露了由刚性粘结碳纤维(rigidly bondedcarbon fibre)构成的活性碳纤维复合物以形成具有可控孔结构的开放、可渗透、刚性块。US 6,090,477(Burchell等人)教导了由各向同性和中间相沥青衍生碳纤维的共混物制成的一系列混合碳纤维块，与传统活性碳纤维复合物和粒状活性炭相比其具有高的热导率。US 5,972,077(Judkins等人)教导了包括将CO2和H2S吸附于碳纤维复合分子筛的设备和方法。吸附气体随后借助变电(electric swing)技术解吸。US 5,925,168(Judkins等人)披露了分离气体(特别是N2和O2)的方法，该方法包括向碳纤维复合吸附材料施加电场和磁场以优先吸引特定的气体。气体的解吸借助变电或变压(pressure swing)方法实现。
还提出了替换性结构，包括涂覆有或浸有碳材料的块状基体，所述碳材料随后进行干燥、固化、碳化和活化。基体通常是为活性炭提供足够强度的陶瓷材料、金属或其它材料。然而，这些块体中的基体价格较高，特别是陶瓷块状基体。此外，金属基体特别易于因流经块体的流体中可能存在的硫、痕量铅和其它化合物引起的中毒而损失性能和耐久性。另外，碳涂层可能从基体上磨损掉，从而在块体内形成凹凸表面并伴随结构体内孔的堵塞。
本发明的目的在于提供从流体中捕集一种或多种组分的替换性制品，特别是从废气中捕集CO2和从矿井流通空气中捕集CH4的替换性制品。另外，本发明的目的在于提供形成所述制品的方法和使用所述制品的系统。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供从流体中提取组分的制品，该制品包括主体部分，该主体部分具有多个贯穿其中的孔，使用时所述孔有助于流体流动通过该主体部分，其中该主体部分由粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物的至少一种组分的混合物形成。
如本文所用，术语“孔”在其范围内包括贯穿主体部分的独立不连续通道并包括贯穿主体部分形成网络的互连通道。该术语包括形成主体部分之后形成的通道，例如借助钻孔等形成的通道，还包括形成主体部分的过程中形成的通道，例如在挤出或模塑主体部分的过程中形成的通道。
主体部分的结构可采用任意适宜的形式。优选地，主体为蜂窝状块体结构。
可通过吸附将待从流体中提取的组分捕集在主体部分上的任意位置。更优选地，通过吸附将待提取的组分捕集在制品主体部分的孔的内表面上。
所述孔可以适于流体从其中流过的任意方式布置。根据上述孔的定义可认识到这一点。
各孔的宽度(如本文所用包括所提及的直径)优选为约1mm至约40mm。更优选地，孔的宽度为约1mm至约10mm，甚至更优选为约1mm至约8mm或约1mm至约6mm。最优选地，孔的宽度为约3mm至约6mm。本领域技术人员应当认识到一部分或所有孔的宽度沿孔的长度方向可以是恒定的或者不是恒定的。优选地，孔的宽度沿孔的长度方向为恒定的。此外，主体部分内的孔的宽度可能是一致的或不一致的。在一些实施方案中，可能期望主体部分内的所有孔具有相同或相似的宽度。在其它实施方案中，可能期望一部分孔比其它孔的宽度大。这可能部分取决于具体应用领域或者待提取流体的体积。
所述孔可具有规则或不规则的截面形状。优选地，所述孔具有规则的截面形状并从主体部分的一面延伸至主体部分的相对面。优选地，所述孔基本上相互平行。不意图以任何方式限制所述孔的截面形状。例如，所述孔可具有方形、三角形、圆形、六边形、八边形或五边形截面形状。优选地，所述孔具有圆形或方形截面形状。
主体部分包括界定孔并使孔相互隔离的内壁。内壁的宽度优选为约1mm至约150mm。更优选地，内壁的宽度为约2mm至约30mm，甚至更优选地为约2mm至约10mm。应当认识到内壁的宽度沿其长度方向可能是恒定的或者不是恒定的。优选地，内壁的宽度沿其长度方向为恒定的。另外，各内壁的宽度可与其它内壁的宽度不同。优选地，全部内壁具有相同或相似的宽度。当然，应当认识到多个孔的宽度和截面形状会影响内壁的宽度和形状(反之亦然)。
对主体部分的形状和构造没有特殊限制。例如，主体部分可为立方形、圆柱形或棱柱形。在一些实施方案中，可预料到主体部分可为三角形、方形、五边形、六边形或八边形的棱柱。通常，主体部分为圆柱形，以使主体部分与装配该主体部分的腔室互补。
碳纤维例如可为沥青基碳纤维、活性沥青基碳纤维、聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、人造丝(纤维胶)基碳纤维或它们的任意组合。在为沥青基碳纤维的情况下，沥青基碳纤维可以是各向同性和/或中间相沥青基碳纤维。此外，沥青基碳纤维可衍生自石油或煤焦油。
另外，碳纤维可以是短切的或磨断的。还可将短切碳纤维和磨断碳纤维的混合物引入主体部分。
碳纤维可具有任意长度，但优选长度为约5μm至约5000μm。更优选地，碳纤维的长度为约100μm至约2000μm。类似地，对碳纤维的直径没有特殊限制。典型地，碳纤维的直径为约5μm至约50μm，更优选为约10μm至约30μm。
碳纳米管可以是单壁的或多壁的。另外，碳纳米管可以是短切的或磨断的。还可将短切碳纳米管和磨断碳纳米管的混合物引入主体部分。
碳纳米管的直径可为约10nm至约100nm。或者，碳纳米管的直径可为约10nm至40nm，或40nm至70nm，或甚至约70nm至100nm。
碳纳米管的长度通常为约100μm至2500μm。任选地，碳纳米管的长度为约100μm至600μm，或600μm至1300μm，或1300μm至1800μm，或甚至约1800μm至2500μm。
在不希望受限于任何理论的情况下，据信混合物中包括碳纳米管赋予制品相对较开放的结构和均匀的孔径，该制品与通过仅包括碳纤维的混合物制成的制品相比对于CO2或CH4是优选的。
粘合剂用于将碳纤维粘合在一起，从而能够形成主体部分。粘合剂可以是选自酚醛树脂、聚乙烯、环氧树脂、乙烯基酯树脂或其任意组合的树脂。如果所述树脂为酚醛树脂，则该酚醛树脂可由苯酚、甲苯酚、乙苯酚、丙苯酚、异丙苯酚或二甲苯酚形成。如下所述，酚醛树脂特别适于耐受制品干燥和固化过程中可能要求的高达约150℃的温度。在优选实施方案中，树脂为碳基树脂，以使该树脂在进一步处理主体部分的过程中能够碳化。还可使用不同种类树脂的混合物。
对用于形成主体部分的混合物中碳纤维与粘合剂的比例没有特殊限制。例如，该比例可为约9∶1至1∶9。优选地，碳纤维与粘合剂的比例为约4∶1至1∶4。更优选地，碳纤维与粘合剂的比例为约2∶1至1∶2。
类似地，对用于形成主体部分的混合物中碳纳米管与粘合剂的比例没有特殊限制。例如，该比例可为约9∶1至1∶9。优选地，碳纳米管与粘合剂的比例为约4∶1至1∶4。更优选地，碳纳米管与粘合剂的比例为约2∶1至1∶2。
如上所述，在用于形成主体部分的混合物中可包括碳纤维和碳纳米管两者。在这种情况下，对碳纤维与碳纳米管的比例没有特殊限制。例如，碳纤维与碳纳米管的比例可为约9.5∶0.5。或者，碳纤维与碳纳米管的比例可为约9∶1或8.5∶1.5或7∶3或6∶4或1∶1。
应当认识到在混合物中可包括碳纤维、碳纳米管和粘合剂。对碳纤维、碳纳米管和粘合剂的比例也没有特殊限制。例如，碳纤维、碳纳米管和粘合剂的比例可为约0.99∶0.01∶9或9.9∶0.1∶1或0.99∶0.01∶2或0.99∶0.01∶0.5或0.9∶0.1∶2或0.9∶0.1∶0.5或0.5∶0.5∶2或1∶1∶1。
该制品可用于从流体中提取任意特定的一种或多种组分。在一种实施方案中，该制品从流体中提取CO2。或者，该制品可从流体中提取CH4。然而，更优选地，该制品从流体中提取CO2和CH4。
对流体的来源，进而对CO2和/或CH4的来源没有特殊限制。优选地，该制品能够从源自燃煤发电站的废气中提取CO2。对于CH4，该制品有利地能够从煤矿的流通空气中提取CH4。
因而，第二方面，本发明提供用于从流体中提取组分的系统，该系统包括：
至少一个制品，该制品用于从流体中提取组分并包括主体部分，该主体部分具有多个贯穿其中的孔，所述孔有助于流体流动通过该主体部分，其中该主体部分由粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物中的至少一种组分的混合物形成；和
摆动设备(swing apparatus)，该设备用于在所述至少一个制品内实现条件变化以促进从流体中提取的组分从所述至少一个制品中解吸。
一般而言，如根据上述说明所认识到的，所述系统是用于从源自燃煤发电站的废气中提取CO2的系统或者是用于从源自煤矿的流通空气中提取CH4的系统。
所述系统可包括一个或多个制品。制品的数量取决于具体应用的期许或要求。在包括两个制品的系统中，操作期间一个制品例如可通过吸附接收用于提取所需组分的流体，而第二制品进行提取组分的解吸并做好再次吸附的准备。因而，两个制品各自可在吸附阶段和解吸阶段之间循环，各阶段相对互补。一旦第二制品完成解吸并做好吸附的准备，在第一制品达到预定程度的饱和时流体原料随即从第一制品转向第二制品。然后第一制品的解吸可开始进行。如上所述，并且如本领域技术人员易于认识到的那样，本发明的系统可根据具体应用的需要包括多个制品。例如，在该系统包括三个制品的情况下，系统操作期间一个制品可接纳用于提取所需组分的流体，而第二制品解吸提取的组分，第三组分保持待命准备接收流体或为另一个吸附循环做准备。
摆动设备可在所述至少一个制品内实现变温、变电或变压/真空变压。变温可通过任意合适的热源实现，例如通过使热废气从制品上经过或使制品与电加热元件接触来实现。任选地，包括冷却源在内以在热解吸之后降低制品的温度。可在重新引入流体之前或重新引入流体的同时冷却制品。变电可在连接制品相对端的导线提供的电流的作用下发生。变压/真空变压可通过使用真空泵在制品内形成压降来实现，从而实现解吸。应当认识到系统可包括一个或多个变温、变电或变压/真空变压设备或它们的组合。
无论在吸附阶段还是解吸阶段，如果需要热交换，则系统可包括从制品的孔中穿过的至少一条管道，更优选多条管道。可根据需要使热交换流体通过所述一条或多条管道，以使热交换流体沿制品的长度与制品间接接触。这能够有利地促进制品与热交换流体之间的热交换。根据本发明的该实施方案，管道可任选地具有较大的直径或宽度并穿过制品中形成的环。在这种情况下，将贯穿制品的孔设置在热交换流体可从中通过的管道周围的环中。
所述至少一个制品优选设置成使贯穿制品的孔与引入流体的流动平行。从而使流体流动通过制品的阻力最小化。除了如上所述关于流体的流动方向以外，对制品的取向没有特殊限制。例如，制品可水平或竖直地安装，以便将流体基本上水平或竖直地引入制品的孔中。通常，将至少一个制品定向为使流体基本上竖直地流动通过所述至少一个制品的主体部分中的孔。
所述系统在使用时可连续或非连续地运行。优选地，所述系统连续运行。
如果需要，所述系统还可包括清洗流体源，该清洗流体源用于冲洗从制品中解吸的组分。清洗流体源可与变电、变热或变压/真空变压设备结合使用以辅助解吸。优选地，清洗流体为诸如氩气、氮气、氦气、空气等气体。理想地，从所述至少一个制品中解吸进入冲洗流体的至少一种组分的浓度大于存在于流体中时的浓度。
根据本发明的第三方面，提供从源自燃煤发电站的废气中提取CO2的方法，该方法包括：
使废气通过包括主体部分的制品，该主体部分由粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物的至少一种组分的混合物形成并具有多个贯穿其中的孔，所述孔有助于废气流动通过主体部分，其中CO2吸附在制品的孔的内表面上；和
使CO2从制品的孔的内表面上解吸并回收解吸的CO2。
根据本发明的第四方面，提供从源自煤矿的流通空气中提取CH4的方法，该方法包括：
使流通空气通过包括主体部分的制品，该主体部分由粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物中至少一种组分的混合物形成并具有多个贯穿其中的孔，所述孔有助于流通空气流动通过主体部分，其中CH4吸附在制品的孔的内表面上；和
使CH4从制品的孔的内表面上解吸并回收解吸的CH4。
应当认识到与本发明第一方面有关的上述任意特征可等同地应用于本发明的第二、第三和第四方面。
本发明的制品可通过任意合适的方法制造。然而，还提供了用于从流体中提取组分的制品的形成方法，该方法包括：
形成包括粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物中至少一种组分的浆料；和
将浆料成形为具有多个贯穿其中的孔的主体部分。
该方法还可包括短切或磨断碳纤维的步骤。如果包括所述步骤，则优选在混合碳纤维与粘合剂形成浆料之前进行。还应当认识到碳纤维可在与粘合剂混合之前进行短切和磨断两个步骤。任选地，该方法包括共混不同种类碳纤维的步骤。同样，该共混步骤优选在混合碳纤维与粘合剂之前进行。
该方法还可包括短切或磨断碳纳米管的步骤。如果包括所述步骤，则优选在混合碳纳米管与粘合剂形成浆料之前进行。还应当认识到碳纳米管可在与粘合剂混合之前进行短切和磨断两个步骤。任选地，该方法包括共混不同种类碳纳米管的步骤。同样，该共混步骤优选在混合碳纳米管与粘合剂之前进行。
当然应当认识到该方法可包括混合短切或磨断碳纤维与短切或磨断碳纳米管的步骤。优选地，该步骤在与粘合剂混合形成浆料之前进行。
通常，通过将水添加到粘合剂和碳纤维和/或碳纳米管的混合物中形成浆料。还可将其它添加剂添加到碳纤维和/或碳纳米管和粘合剂中以提高主体部分从流体中吸附组分的选择性。
浆料成形例如可包括真空模塑或挤出。在真空模塑或挤出浆料的过程中，除去存在的过量的水。
该方法还有利地包括主体部分成形之后随即进行干燥的步骤。可采用任意适当的温度干燥主体部分。然而，优选地，在干燥主体部分的过程中，将主体部分加热至约50℃至约100℃，更优选地约50℃至约70℃。干燥可持续24小时，更优选地仅持续1至3小时。
有利地，该方法还包括固化主体部分的步骤。固化可包括恒定的温度或逐步升高的温度。例如，可将主体部分加热至约100℃至约150℃。通常，固化可持续24小时。优选地，固化可持续约1至10小时，甚至更优选地持续1至5小时。
该方法还可包括碳化主体部分的步骤。在碳化过程中，将主体部分的温度缓慢升至约500℃至1000℃，更优选地约650℃至850℃。碳化通常进行1至10小时，优选在惰性气体如氮气或氩气的存在下进行。
在不希望受限于任何理论的情况下，据信在碳化过程中主体部分的树脂基体转变为玻璃态碳。此外，据信主体部分的孔隙率还取决于碳化条件。
该方法还可包括活化主体部分的步骤。在活化过程中，在活化剂的存在下将主体部分加热至约600℃至1500℃。更优选地，将主体部分加热至约650℃至950℃。活化可使得形成较窄的孔，制品的吸附能力随之提高。在活化步骤过程中，主体部分的质量可损失最多75％。活化步骤过程中的质量损失可称为“烧除”(burn-off)。
活化步骤可以是热活化步骤或化学活化步骤。热活化步骤的实例包括使热活化剂例如蒸汽、二氧化碳、氮气、水分饱和氦气或它们的任意组合流动通过主体部分。或者，化学活化步骤包括用化学活化剂如碱性氢氧化物(如氢氧化钠或氢氧化钾)、磷酸、金属氯化物(例如氯化锌)、硫化钾或它们的任意组合浸渍主体部分。另外，化学活化还可包括在第一段时间内在第一温度下加热浸有化学活化剂的主体部分，随后在第二段时间内在第二温度下进行加热。优选地，第二温度高于第一温度。例如，第一温度可为约120℃，第一段时间为约10小时。任选地，在第一温度下加热在惰性气体如氮气或氩气的存在下进行。有利地随后在约30分钟的第二段时间内在约500℃至800℃的第二温度下进行处理。
附图说明
现将参照附图仅以实施例的方式对本发明的实施方案进行说明，其中：
图1为根据本发明实施方案用于从流体中提取至少一种组分的制品的透视图，包括孔入口的平面图，所述孔贯穿制品的主体部分；
图2是根据本发明替换性实施方案用于从流体中提取至少一种组分的制品的透视图；
图3是根据本发明实施方案用于从流体中提取至少一种组分的制品的形成方法的流程图；
图4是根据本发明实施方案的系统的示意图；
图5是具有一体化变热设备的本发明另一系统的示意图；
图6是具有一体化变电设备的本发明另一系统的示意图；
图7是具有一体化真空变压设备的本发明另一系统的示意图；
图8示出具有多条传热管道的制品的实施方案；
图9是根据本发明实施方案用于从流体中捕集至少一种组分的制品的照片；
图10是根据本发明实施方案用于从流体中捕集至少一种组分的制品的主体部分的扫描电镜(SEM)图；
图11示出烧除对根据本发明实施方案的制品的物理特性的影响；
图12示出烧除对根据本发明实施方案的制品的CO2吸附能力的影响；
图13示出烧除对根据本发明实施方案的制品的CH4吸附能力的影响；
图14和15示出根据本发明使用不同的碳纤维制造的制品在25℃时就吸收质量而言(图14)和就吸收气体体积而言(图15)的CO2吸收能力；
图16和17示出根据本发明使用不同的纤维制造的制品在25℃时就吸收质量而言(图16)和就吸收气体体积而言(图17)的CH4吸收能力；
图18是本发明的活化沥青基制品(如Banerjee R.等人在Science，2008，319，第939-943页披露的称为沸石咪唑酯骨架结构(ZIF)的金属-有机晶体材料)和常规活性炭粒在0℃时的CO2吸收性能(基于每克材料所吸附的CO2的体积)的比较曲线图；
图19示出在大气压和室温(25℃)下操作在模拟废气的影响下本发明三种不同类型的制品的动力学吸附；
图20示出在大气压和环境温度(25℃)下在模拟废气的影响下本发明的活化石油沥青基制品的动力学吸附分布图和出口流速分布图；
图21和22示出在大气压和环境温度(25℃)下在两种流通空气甲烷气体混合物的影响下本发明的石油沥青基制品的吸附动力学曲线；和
图23示出在大气压和环境温度(25℃)下在两种流通空气甲烷气体混合物的影响下本发明的煤焦油沥青基制品的动力学吸附分布图。
具体实施方式
首先参照图1，示出了用于从流体中捕集至少一种组分的制品10。制品10包括主体部分11，该主体部分11具有多个贯穿其中的孔12。孔12有助于流体相对不受阻碍地流动通过主体部分11。制品10经设计通过将至少一种组分吸附在内壁13上而从流体中提取至少一种组分，所述内壁13界定主体部分11的孔12。有利地，发现由粘合剂和碳纤维和/或碳纳米管形成的制品10相对于例如粒状活性炭或无束缚碳纤维而言明显较易于处理。另外，由于具有孔12，使用时制品10内的压降与现有技术相比相对较低。再者，制品10与各种现有基体相比的其它优势在于具有相当高的表面积与体积之比。
如上所述，主体部分包括界定并相互分离所述多个孔12的内壁13。孔12从主体部分11的第一端面14延伸至主体部分11的第二端面15。图中示出所述多个孔12基本上相互平行，尽管并非必需如此。此外，应当指出尽管图1示出仅主体部分11的一部分具有贯穿其中的孔12，但通常孔12形成在主体部分11的大部分之中(如果不是在整个主体部分11之中的话)延伸的基体。
所述多个孔12中每个孔的宽度或直径(在为圆孔的情况下)为1mm至40mm。界定孔12的内壁13的宽度为1mm至150mm。然而，应当指出的是孔12的宽度(以及内壁13的宽度)在孔12的长度上不必保持不变。类似地，孔不必在孔12的基体内具有一致的截面形状。
在图1中，示出了具有立方形主体部分11的制品10，该主体部分11具有截面为方形的孔12。参照图2，示出了用于从流体中捕集至少一种组分的制品110，该制品110与图1的制品10相似，不同之处在于该制品110具有圆柱形主体部分111。然而，应当指出的是，根据本发明的制品的主体部分不限制为任意特定形状，所述多个孔也不限制为任意特定截面形状。
碳纤维和/或碳纳米管与粘合剂的比例以及所使用的碳纤维和/或碳纳米管的种类和比例可根据制品10的预期性能决定。例如，所关注的性能可包括强度、孔隙率、尺寸、孔的体积和尺寸分布、孔和侧壁的尺寸、吸附能力。特定制品的预期性能可部分取决于制品将要从流体中提取的一种或多种组分和制品的操作条件。例如，上述性能的的选择可取决于使用时的操作温度或压力、流体中的含尘等级、流体的流速、流体中组分的浓度和流体中各种杂质的存在。以下表1示出了一些适宜的碳纤维-粘合剂组合，所述组合可用于制造用于捕集CO2和/或CH4的制品。
表1用于提取CO2和/或CH4的制品的适宜碳纤维-粘合剂和碳纤维-碳纳米管-粘合剂组合
  混合物   比例
  沥青∶粘合剂   1∶1，1∶2，4∶1，9∶1，1∶2，1∶4，1∶9
  活化沥青∶粘合剂   1∶1，1∶2，4∶1，9∶1，1∶2，1∶4，1∶9
  PAN∶粘合剂   1∶1，1∶2，4∶1，9∶1，1∶2，1∶4，1∶9
  人造丝∶粘合剂   1∶1，1∶2，4∶1，9∶1，1∶2，1∶4，1∶9
  PAN∶沥青∶粘合剂   1∶1∶2，1∶1∶1，2∶2∶1，1∶4∶5，4∶1∶5
  PAN∶人造丝∶粘合剂   1∶1∶2，1∶1∶1，2∶2∶1，1∶4∶5，4∶1∶5
  沥青∶人造丝∶粘合剂   1∶1∶2，1∶1∶1，2∶2∶1，1∶4∶5，4∶1∶5
  PAN∶沥青∶人造丝∶粘合剂   1∶1∶1∶1
  碳纤维∶碳纳米管∶粘合剂   0.99∶0.01∶9，9.9∶0.1∶1，0.99∶0.01∶2，0.99∶0.01∶0.5，0.9∶0.1∶2，0.9∶0.1∶0.5，0.5∶0.5∶2，1∶1∶1
用于从流体中捕集至少一种组分的制品10可通过包括下述步骤的方法形成：混合碳纤维和/或碳纳米管与粘合剂以形成浆料；将纤维和粘合剂的浆料成形为主体部分11，该主体部分11具有多个贯穿其中的孔12。如上所述，碳纤维和粘合剂的混合物可以是不同种类的碳纤维和粘合剂的任意组合。碳纤维和粘合剂的比例不限制为任意具体范围。通常，混合物成形的步骤通过真空模塑或挤出进行。
图3进一步示出了形成制品10的方法的细节。该方法还可包括将水添加到粘合剂和碳纤维和/或碳纳米管的混合物中的步骤。由此使得能够形成可流动并仍可模塑的浆料。在真空模塑混合物的过程中，水从混合物中滤出。
在一种实施方案中，该方法还可包括将添加剂引入碳纤维和/或碳纳米管和粘合剂的混合物的步骤，以提高主体部分11吸附所述至少一种组分的选择性。
形成制品的方法通常还包括干燥、固化、碳化和/或活化步骤。干燥步骤包括在烘箱中历经约24小时将主体部分11加热至50至100℃(优选50至70℃)。干燥步骤之后的固化步骤包括历经约1至24小时将主体部分11进一步加热至100至150℃。更优选地，固化步骤进行约1至10小时，甚至更优选地进行1至5小时。固化在马弗炉中进行，并逐步升高温度。
固化步骤之后的碳化步骤包括历经1至10小时将主体部分的温度缓慢升至500-1000℃。碳化步骤在惰性气体(例如氮气或氩气)的存在下进行。
碳化步骤之后的活化步骤包括在活化剂的存在下在600℃至1500℃(优选600℃至1000℃)加热主体部分。在活化步骤过程中，主体部分11可损失其质量的0-75％(“烧除”)。活化步骤可包括热活化或化学活化步骤。热活化可包括使热活化剂，例如蒸汽、二氧化碳、氮气、水分饱和氦气或它们的任意组合流动通过主体部分11。化学活化可包括用化学活化剂例如碱性氢氧化物(如氢氧化钠或氢氧化钾)、磷酸、金属氯化物(例如氯化锌)、硫化钾或它们的任意组合浸渍主体部分11。在化学活化过程中，首先历经约10小时将经浸渍的主体部分11加热至约120℃，之后在至多30分钟内加热至500-800℃。
可对活化剂的种类、浓度和流速进行选择以获得制品10特定的一种或多种预期性能。类似地，活化过程中采用的温度和“烧除”百分比也可控制制品10的预期性能。所述性能可包括强度、表面积、孔隙率、孔的尺寸和吸附能力。
可使用制品10通过将至少一种组分吸附到制品10的孔12的内壁13上而从流体中提取所述至少一种组分。所捕集的一种或多种组分随后可借助变压/真空变压、变热或变电从制品10中解吸，以生成捕集组分的浓缩流。随后，可使用或储存(即在CH4的情况下)或者隔离(即在CO2的情况下)捕集组分的浓缩流。
现参照图4，示出了包括预处理阶段22的流体原料21的系统，所述预处理阶段22用于在流体原料21流入一个吸附室23之前对流体原料21进行处理，所述吸附室23通过吸附从流体原料21中捕集至少一种组分。流体原料21可包括易散逸的CH4或来自燃烧化石燃料的发电站的废气。预处理阶段22可包括一种或多种处理以除去可能存在于流体原料21中并可能在系统20中造成下游操作问题的各种不良组分。这些处理可包括：除粒子处理例如过滤或ESP(静电沉淀)，以除去灰尘和其它粒状物质；脱水处理以除去水；和除去其它有害或有毒杂质的处理，例如洗涤处理以除去硫。预处理阶段22还可包括压缩流体原料21以提高流体原料21的压力。应当指出的是，在一些情况下，系统20不需要流体原料21的预处理阶段22。
各吸附室23包括如上所述的制品10以从流体中捕集一种或多种组分。制品10在室23中经布置，使得流体基本上竖直地流动通过各制品10的主体部分11中的孔12。然而，本领域技术人员应当认识到，制品10的取向对于系统的操作不是特别重要。例如，室23和其中的制品10可经过布置，使得流体基本上水平地流动通过孔12。在图4中，系统20包括三个吸附室23。然而，系统20可包括任意数量的吸附室23，甚至仅有一个或两个吸附室。理想地，系统20包括至少三个室23，从而在系统运行过程中的任何时候一个室接收用于吸附的流体原料21，第二个室解吸所捕集的组分，第三个室保持待命准备接收流体原料21或处于吸附和解吸之间的中间状态。系统20因而可连续运行。为此，系统20包括调节不同吸附室23的流体流量的入口控制阀24。
系统20还可包括位于吸附室23的出口处的粒子分离器25，以从流出吸附室23的流体中除去任意灰尘或其它粒状物质，并随后收集在集尘斗26中。粒子分离器25例如可为过滤器或惯性分离器。尽管示出了具有各自的粒子分离器25和集尘斗26的各吸附室23，但还可使用单个粒子分离器和单个集尘斗处理从所有吸附室23流出的流体。此外，应当指出的是，由于流体原料21不包含任何灰尘或其它粒状物质或者由于任意这种物质已在预处理阶段22从流体中除去，系统20可能不需要粒子分离器25和集尘斗26。
系统20还包括用于各吸附室23的出口控制阀27，在吸附室23中捕集一种或多种组分之后，所述出口控制阀27将剩余流体引向废料28(排放口，在流体为气体的情况下)。
系统20还包括在置于吸附室23中的制品10内提供变热、变电或变压的摆动设备29。开关30控制摆动设备29的操作。
在系统20的运行过程中，入口控制阀24将流体原料21引向通过制品10从流体中捕集组分的一个吸附室23。吸附速度随着制品10接近饱和点而下降。达到预定的吸附程度时，入口控制阀24切断流体原料21向该吸附室的流动并将流体原料21引向另一吸附室。开关30起动摆动设备29的操作，摆动设备29随后在制品10内提供变热(实现较高或较低的温度)、变电(实现极性反转或者从中性向极性或与之相反的改变)或变压(实现压力的改变)。由此使得所捕集的组分从制品10中解吸。
提供清洗流体源31以冲洗室23的解吸组分。清洗流体31可以是气体，例如氩气、氮气、氦气、空气及其混合物。通常对清洗流体31的流速进行选择以保证离开室23的捕集组分的浓度不过分稀释。出口控制阀27随后将浓缩组分流32引向其它系统(未示出)以进行隔离、使用和/或储存。
系统20还包括气体分析器33，该气体分析器33用于检测流28中的组分浓度，从而例如通过向控制阀24发送一个或多个信号(未示出)来切断流体原料21向一个吸附室的流动并将流体原料21引向另一吸附室，帮助确保流28中具有特定的组分浓度。所述信号还可改变摆动设备29的状态和/或改变清洗流体31的流速和解吸花费的时间。
该系统20适于从发电站的废气中捕集CO2或从煤矿的流通空气中捕集CH4。该系统还可用于天然气和矿井排放气体的提纯，所述提纯通过从这些气体中除去CO2和可能存在的其它气态组分而提高这些气体的CH4浓度来实现。然后，经过处理具有提高的CH4含量的气体可用作燃料。
此外，在待处理气流具有较高粒子浓度，更具体地具有高尘量的情况下，由于贯穿制品与气流的流动一致的孔12而可实现气流基本上不受阻碍地流动通过制品10。这是因为尘粒或其它粒状物质可流动通过制品10的主体部分11中的孔12，而没有造成明显的阻塞。另外，该系统20可用于由组分CH4和/或CO2可能高度稀释(例如在矿井流通空气中CH4小于1％)的流体原料21生产CH4和/或CO2的浓缩流32。如上所述，所述浓缩流32可成功地隔离或使用。
图5示出了具有一体化变热设备的本发明的优选系统500。在操作过程中，流体原料502任选地通过预处理阶段504，然后经由入口控制阀510引入包括制品10的一个吸附室506。任选地，使用气体分析器511和排放口513分析原料502的组分及其浓度。原料502通过室506。没有被制品10吸附的组分通过粒子分离器512并进入集料斗514或通过出口控制阀516，其中系统的通风在排放口518处进行。
在分离器512和阀516之间还可包括背压调节器520，以防止未吸附的组分回流到室506中以及如果需要提高室506内的压力。还可将具有排放口524的另一气体分析器522连接到排放口518上，以测量未吸附组分的含量。吸附速度随着制品10接近饱和而下降。在达到预定的低吸收程度时，入口控制阀510切断流体原料502向该吸附室的流动并将流体原料502引向另一吸附室。同时起动变热设备532。设备532优选包括热源例如热废气，所述热源通过制品10或从制品10上经过，从而使得温度升高，并伴随捕集组分的解吸。任选地，提供清洗流体源530以冲洗室506的解吸组分。分离器512和阀516随后将浓缩组分流引向共用室526，从而可存储所述组分或经由管线528将所述组分引向其它系统(未示出)以进行隔离和/或使用。
如果需要，在解吸之后，可在冷却介质534和冷却塔536提供的冷却源的作用下降低制品10的温度。可使用任意适合的冷却剂，例如水、氮气、氦气、氩气、空气或冷凝气体。制品10随后准备接收新的流体原料502。理想地，所述过程连续操作，使得一个室接收流体原料502，同时另一个室进行捕集组分的解吸。
图6示出了具有一体化变电设备的本发明的另一优选系统600。流体原料602可同样经历预处理阶段604，然后通过入口控制阀610进入包括制品10的吸附室606。未吸附组分通过室并在粒子分离器612和出口控制阀616的作用下经由集料斗614或排放口618从系统中除去。还可存在背压调节器620。任选地包括具有排放口613、624的气体分析器611、622，所述气体分析器用于测量原料602和通过排放口618的未吸附组分的组成。随着制品10接近饱和，通过排放口618的捕集组分的浓度开始升高。通过气体分析器622测量升高的浓度，气体分析器622随后向摆动设备632发送信号(未示出)。该信号起动摆动设备632，使电流69通过制品10。由此在制品10内产生极性变化，从而造成捕集组分的解吸。制品的温度升高可伴随着极性改变并有助于解吸。同时，入口控制阀610使流体原料602的流动转向另一吸附室。任选地，进一步提供清洗流体源630以帮助解吸。解吸组分储存在共用室626中或经由管线628引入其它系统(未示出)以进行隔离和/或使用。还可在冷却介质634和冷却塔636提供的冷却源的作用下降低制品10的温度。这可与变电设备的操作同时进行或在变电设备的操作之后随即进行。然而，优选地，在重新引入流体原料602之前降低温度。
图7示出了具有一体化真空变压设备的本发明的又一优选系统700。任选地，流体原料702经历预处理阶段704，然后通过入口控制阀710进入包括制品10的吸附室706。未吸附组分通过室并经由粒子分离器712排入集料斗714或者经由背压调节器720和出口控制阀716通过排放口718。任选地包括具有相关排放口713、724的气体分析器711、722，以用于测量原料702和通过排放口718的未吸附组分的组成。随着制品10接近饱和，入口控制阀710使流体原料702的流动转向另一吸附室。然后，起动变压设备732，进而引起室706内的压力变化。优选地，变压设备为致使室706内压力降低和捕集组分从制品10中解吸的真空泵。接着，将组分储存在共用室726中或经由管线728引入其它系统(未示出)以进行隔离和/或使用。有利地，在真空泵的作用下组分解吸同时使制品10做好接收新的流体原料702的准备。
如上所述，图5所示的本发明的优选系统包括用于加热吸附制品的变热设备和(任选的)用于在解吸过程中降低制品温度或解吸过程完成之后随即降低制品温度的装置。还可将用于升高或降低温度的装置引入图6的系统。可通过使传热流体从包含所述制品的吸附室上经过或者从吸附室内包含的制品外经过，来实现这种加热和/或冷却。
图8示出了用于加热和/或冷却制品的替换性实施方案800。在该实施方案中，使传热流体通过设置在制品802的一部分孔804内的管道806。使传热流体通过制品802的管道806可避免捕集组分的稀释并避免在使用液态传热流体例如水的情况下将制品润湿。从而使得捕集组分的产率提高和/或减少所需的处理时间。任意已知的发挥传热流体作用的热物质或冷物质能够用于实施方案800。例如，可使用热废气、水、空气或冷凝气体。另外，可在从流体中捕集一种或多种所需组分的同时或从流体中捕集一种或多种所需组分之后随即使传热流体通过管道806中的至少一部分。例如，可在从流体中吸附所需组分的同时使用传热流体冷却制品。一旦完成吸附，随即可使用替换性传热流体加热制品以有助于一种或多种捕集组分的解吸。
尽管未示出，但所述制品还可为环状，包括位于环中的多个孔。在该实施方案中，可提供穿过环并与环的内表面接触的中心管道。与实施方案800相同，可利用所述管道使热交换流体与制品间接接触以实现制品的加热或冷却。
实施例
按照图3的流程图，通过真空模塑、干燥、固化、碳化和活化(热活化或化学活化)，在实验室中成功制造了用于从流体中捕集至少一种组分(具体地CO2和/或CH4)的制品。
图9示出了所制造的制品(也称为蜂窝碳纤维块状吸附体)的照片。所示制品的全径为31mm并具有17个贯穿主体部分的孔，各个孔的直径为3.1mm。
图10示出了一个制品的主体部分的扫描电镜(SEM)图。纤维的直径为约10μm至20μm并在不同的接触位置相互结合。然而，纤维之间的空隙空间较大。从而形成允许流体自由流动通过制品并易于到达碳纤维表面的开放结构。
使用Tristar分析器(粉末工艺学)对制品进行了试验，以确定它们的表面积、孔隙特性以及CO2和CH4吸附能力。试验使用的所有气体均达到研究级(纯度超过99.99％)。表2给出了各种制品的特性。
表2.根据本发明制造的各种制品的特性和CO2、CH4吸附能力(粘合剂-酚醛树脂，碳纤维-煤焦油沥青基，于650℃碳化1小时，于950℃活化1小时)。
纤维与粘合剂的比例 烧除，％ BET-N2表面积，m2/g 孔隙体积，cm3/g DA-孔宽，nm 0℃时CO2表面积，m2/g   25℃和760mmHg时的CO2吸收率，％/g   25℃和760mmHg时的CH4吸收率，％/g
  4∶1   24.2   703.3   0.3635   1.55   413.2   11.6   2.1
  2∶1   41.4   1312.2   0.9018   2.416   422.1   12.3   1.8
  1∶1   31.2   831.2   0.4706   1.828   425.3   12.0   2.0
纤维与粘合剂的比例 烧除，％ BET-N2表面积，m2/g 孔隙体积，cm3/g DA-孔宽，nm 0℃时CO2表面积，m2/g   25℃和760mmHg时的CO2吸收率，％/g   25℃和760mmHg时的CH4吸收率，％/g
  1∶2   28.8   855.3   0.4685   1.609   436.2   13.0   2.0
  1∶4   39.9   976.9   0.5131   1.66   464.9   13.0   2.2
表3.碳化时间和温度对制品特性包括25℃时的CO2和CH4吸附能力的影响，活化温度在3小时内保持850℃不变。
Figure GPA00001070703800181
观察到碳化时间和温度两者对制品的特性具有微小的影响。具体而言，烧除、表面积、孔宽以及CO2和CH4吸附能力在不同的碳化条件下仅表现出极小的变化。
表4.活化时间和温度对制品特性包括25℃时的CO2和CH4吸附能力的影响，碳化温度在3小时内保持650℃不变。
Figure GPA00001070703800182
如表4所证实的，改变活化参数对制品的特性具有明显影响。活化时间的延长引起N2BET表面积、孔隙体积和孔宽的线性增大。表面积(基于CO2分析)随着活化时间的延长而增大。然而，对于CO2和CH4吸附能力，优选在较高的温度(例如950℃)和较短的时间内(1小时)进行活化步骤，而不是在较低的温度(例如850℃)和较长的时间内(8小时)进行。
研究了烧除的影响以评价制品的特性及其CO2吸附能力。图11示出了表面积和孔隙特性随制品的烧除百分比的变化，所述制品使用煤焦油沥青基碳纤维制造。图12和13示出了烧除分别对CO2和CH4的吸附质量的影响。
复合物的活化引起孔的形成和生长。然而，活化还影响了物质的重量损失(烧除)。发现烧除程度的提高最初增大了孔隙体积、孔宽和表面积(图11)。尽管由此引起CO2和CH4吸附能力的最初提高，但烧除百分比的进一步增大没有改善CO2或CH4的吸附能力(图12和13)。事实上，孔径开始减小并且孔隙体积和表面积没有进一步增大。
图14和15示出了25℃时由不同纤维制造的制品就吸附质量(图14)和吸附气体体积(图15)而言的CO2吸附能力。所有其它制造条件保持不变。显然，制品的吸附特性依赖于碳纤维的选择。活化石油沥青基制品显示出最高的CO2吸附能力。由PAN基纤维制造的制品显示出最低的CO2吸附量。
图16和17示出了由不同纤维制造的制品就吸附质量(图16)和吸附气体体积(图17)而言的CH4吸附能力。除碳纤维种类以外的所有其它制造条件保持不变。制品的吸附特性依赖于碳纤维的选择。石油沥青基制品显示出最高的CH4吸附能力。与之相对，基于PAN纤维的制品具有最低的CH4吸附量。
图18示出了本发明的活化沥青基制品、Banerjee R.等人(Science，2008，319，第939-943页)披露的称为沸石咪唑酯骨架结构(ZIF)的金属-有机晶体材料和常规活性炭粒在0℃时CO2吸附性能的比较(基于每克材料吸附的CO2的体积)。结果证实活化沥青基制品的CO2吸附效率是活性炭粒的2倍并比ZIF大1.5倍。
吸附动力学参数
进行了测量吸附动力学参数的试验。使模拟气体混合物通过制品并记录所述混合物离开制品时的浓度随时间的变化。表6示出了选择用来进行动力学试验的三个制品的特性，表7给出了模拟气体混合物。
表6.用于吸附临界试验的制品的特性
表7.用于吸附动力学试验的模拟废气和流通空气甲烷(VAM)混合物的组成
Figure GPA00001070703800202
图19示出了三种不同制品的吸附动力学参数的比较。在室温(25℃)和大气压下以0.2标准升/分钟的入口气体质量流速使用模拟废气混合物进行试验。采用傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet 6700-ThermoFisher Scientific，USA)监测出口气体。图19证实活化石油沥青基制品就最大CO2去除效率(97％)而言具有最佳性能。在经过活化石油沥青基制品之后，入口气体中约10％的CO2浓度降至约0.29％。在达到临界(排出物中目标气体浓度开始上升的时刻)之后，该浓度在10分钟内保持恒定。在40分钟之后，整个制品饱和(即出口浓度达到入口浓度)。尽管煤焦油沥青基制品和石油沥青基制品具有相似的CO2吸附能力(后者表现出稍高的能力)，但煤焦油沥青基制品(96.8％)去除CO2的效率稍高于石油沥青基制品(85％)。然而，石油沥青基制品显示出较长的临界和饱和时间。图20还示出了在试验中使用活化石油沥青基制品并在室温(25℃)和大气压下使用模拟废气混合物以及采用0.2标准升/分钟的入口气体质量流速时的出口流速分布。
图21和22示出了在大气压和环境温度(25℃)下分别在VAM1和VAM2气体混合物的作用下石油沥青基制品的吸附动力学。入口气体流速保持在0.2标准升/分钟。图20和21表明由石油沥青基碳纤维制造的制品能够实现从模拟矿井流通空气混合物中吸附大于95％的CH4。对于VAM1(图21)和VAM2(图22)CO2吸附率分别为约26％和47％。
对于煤焦油沥青基制品，发现在VAM1和VAM2的作用下实现了96％至97％的CH4吸附效率(图23)。然而，与石油沥青基吸附体和活化沥青基吸附体相比，CH4吸附效率、临界和饱和时间均较小。
在该说明书中，术语“包含”应当理解为具有与术语“包括”相同的宽泛含义并应理解为意指包括所述的整数或步骤或者一组整数或步骤，但不排除任意其它整数或步骤或者一组整数或步骤。该定义还适用于术语“包含”的变体。
在该说明书中提及任何现有技术时不应视为承认或任何形式的暗示所提及的现有技术构成澳大利亚公知常识的一部分。
当然，应当认识到以上给出的仅是本发明的示例性实例，显然本领域技术人员应当认识到其所有改进和变型落在如本文所述的本发明的宽泛范围和构思内。

Claims (43)

1.一种用于从流体中提取组分的制品，该制品包括主体部分，所述主体部分具有多个贯穿其中的孔，使用时所述孔有助于流体流动通过所述主体部分，其中所述主体部分由粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物中至少一种组分的混合物形成。
2.权利要求1的制品，其中所述主体部分为蜂窝状块体结构。
3.权利要求1或2的制品，其中各个孔的宽度为约1mm至约40mm。
4.权利要求3的制品，其中各个孔的宽度为约1mm至约10mm。
5.权利要求1至4中任一项的制品，其中所述孔的宽度在孔的长度方向上保持不变。
6.权利要求1至5中任一项的制品，其中所述主体部分中的孔具有相同或相似的宽度。
7.权利要求1至6中任一项的制品，其中所述孔具有规则的截面形状并从所述主体部分的一个面延伸至所述主体部分的相对面。
8.权利要求7的制品，其中所述孔基本上相互平行。
9.权利要求1至8中任一项的制品，其中所述孔具有方形、三角形、圆形、六边形、八边形或五边形截面形状。
10.权利要求1至9中任一项的制品，其中所述主体部分包括界定所述孔并使所述孔相互分离的内壁，并且其中所述内壁的宽度为约1mm至约150mm。
11.权利要求10的制品，其中所述内壁的宽度为约2mm至约10mm。
12.权利要求1至11中任一项的制品，其中所述主体部分为立方形、圆柱形或棱柱形。
13.权利要求1至12中任一项的制品，其中所述碳纤维为沥青基碳纤维、活化沥青基碳纤维、聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、人造丝(纤维胶)基碳纤维或它们的任意组合。
14.权利要求1至13中任一项的制品，其中所述碳纤维为短切纤维、磨断纤维或它们的混合物。
15.权利要求1至14中任一项的制品，其中所述碳纤维的长度为约5μm至约5000μm。
16.权利要求1至15中任一项的制品，其中所述碳纤维的直径为约5μm至约50μm。
17.权利要求1至16中任一项的制品，其中所述粘合剂为选自酚醛树脂、聚乙烯、环氧树脂、乙烯基酯树脂或它们的任意组合的树脂。
18.权利要求1至17中任一项的制品，其中用于形成所述主体部分的混合物中碳纤维与粘合剂的比例为约9∶1至1∶9。
19.权利要求1至18中任一项的制品，其中所述碳纳米管为单壁的或多壁的。
20.权利要求1至19中任一项的制品，其中所述碳纳米管的直径为约10nm至约100nm。
21.权利要求1至20中任一项的制品，其中所述碳纳米管的长度为约100μm至约2500μm。
22.权利要求1至21中任一项的制品，其中所述混合物包括碳纤维和碳纳米管。
23.一种用于从流体中提取组分的系统，该系统包括：
至少一个用于从所述流体中提取组分的制品，该制品包括主体部分，所述主体部分具有多个贯穿其中的孔，所述孔有助于流体流动通过所述主体部分，其中所述主体部分由粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物中至少一种组分的混合物形成；和
摆动设备，该摆动设备用于在所述至少一个制品中实现条件变化以促进从所述流体中提取的组分从所述至少一个制品中解吸。
24.权利要求23的系统，其中待提取的组分包括源自燃煤发电站的废气中的CO2或源自煤矿的流通空气中的CH4。
25.权利要求23或24的系统，该系统包括至少三个用于从流体中提取组分的制品，所述三个制品各自在吸附阶段、解吸阶段和中间阶段之间循环并且互补。
26.权利要求23至25中任一项的系统，其中该系统连续运行。
27.权利要求23至26中任一项的系统，其中所述摆动设备在所述至少一个制品中实现变热、变电或变压。
28.权利要求27的系统，该系统包括真空泵，该真空泵用于在所述制品内形成压降以在所述至少一个制品中实现变压，从而促进所述组分的解吸。
29.权利要求23至28中任一项的系统，其中所述制品各自包括至少一条贯穿其中的管道，所述管道有助于所述制品和流动通过所述管道的传热流体之间的热传递。
30.权利要求29的系统，其中所述传热流体为热废气。
31.权利要求23至30中任一项的系统，其中所述至少一个制品经设置，使得贯穿所述制品的孔与流体的流动平行。
32.权利要求23至31中任一项的系统，包括用于冲洗从所述一个或多个制品中解吸的组分的清洗流体源。
33.权利要求32的系统，其中所述清洗流体源适合用于变压设备或者与变电设备或变热设备结合使用以帮助组分从所述一个或多个制品中解吸。
34.权利要求32或33的系统，其中所述清洗流体为选自氩气、氮气、氦气、空气及其混合物中的气体。
35.一种用于从源自燃煤发电站的废气中提取CO2的方法，该方法包括：
使废气通过包括主体部分的制品，所述主体部分由粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物中至少一种组分的混合物形成，所述主体部分具有多个贯穿其中的孔，所述孔有助于废气流动通过所述主体部分，其中CO2吸附在所述制品的孔的内表面上；和
使CO2从所述制品的孔的内表面解吸并回收解吸的CO2。
36.一种从源自煤矿的流通空气中提取CH4的方法，该方法包括：
使流通空气通过包括主体部分的制品，所述主体部分由粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物中至少一种组分的混合物形成，所述主体部分具有多个贯穿其中的孔，所述孔有助于流通空气流动通过所述主体部分，其中CH4吸附在所述制品的孔的内表面上；和
使CH4从所述制品的孔的内表面解吸并回收解吸的CH4。
37.一种用于从流体中提取组分的制品的形成方法，该方法包括：
形成包括粘合剂和选自碳纤维、碳纳米管及其混合物中至少一种的浆料；和
将所述浆料成形为主体部分，所述主体部分具有多个贯穿其中的孔。
38.权利要求37的方法，该方法包括在混合碳纤维、碳纳米管或它们的混合物与粘合剂以形成浆料之前短切或磨断所述碳纤维、碳纳米管或它们的混合物。
39.权利要求37的方法，其中所述浆料的成形通过真空模塑或挤出实现。
40.权利要求37的方法，该方法包括在成形所述主体部分之后在约50℃至约100℃的温度下干燥所述主体部分。
41.权利要求40的方法，该方法包括在干燥所述主体部分之后通过加热至约100℃至150℃固化所述主体部分。
42.权利要求41的方法，该方法包括在固化所述主体部分之后碳化所述主体部分，其中将所述主体部分的温度缓慢升至约500℃至1000℃。
43.权利要求42的方法，该方法包括在碳化所述主体部分之后在约600℃至1500℃的温度下活化所述主体部分。
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